除了使用 synchronized、Lock 加鎖之外，Java 中還有很多不需要加鎖就可以解決并發問題的工具類

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一、原子工具類

JDK 1.8 中，java.util.concurrent.atomic 包下類都是原子類，原子類都是基于 sun.misc.Unsafe 實現的。

• CPU 為了解決并發問題，提供了 CAS 指令，全稱 Compare And Swap，即比較并交互
• CAS 指令需要 3 個參數，變量、比較值、新值。當變量的當前值與比較值相等時，才把變量更新為新值
• CAS 是一條 CPU 指令，由 CPU 硬件級別上保證原子性

java.util.concurrent.atomic 包中的原子分為：原子性基本數據類型、原子性對象引用類型、原子性數組、原子性對象屬性更新器和原子性累加器

原子性基本數據類型：AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong

原子性對象引用類型：AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference

原子性數組：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray

原子性對象屬性更新：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater

原子性累加器：DoubleAccumulator、DoubleAdder、LongAccumulator、LongAdder

修改我們之前測試原子性問題的類，使用 AtomicInteger 的簡單例子

package constxiong.concurrency.a026; 
 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
 
/** 
 * 測試 原子類 AtomicInteger 
 *  
 * @author ConstXiong 
 */ 
public class TestAtomicInteger { 
 
 // 計數變量 
 static volatile AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 
 
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
 // 線程 1 給 count 加 10000 
 Thread t1 = new Thread(() -> { 
 for (int j = 0; j <10000; j++) { 
 count.incrementAndGet(); 
 } 
 System.out.println("thread t1 count 加 10000 結束"); 
 }); 
 
 // 線程 2 給 count 加 10000 
 Thread t2 = new Thread(() -> { 
 for (int j = 0; j <10000; j++) { 
 count.incrementAndGet(); 
 } 
 System.out.println("thread t2 count 加 10000 結束"); 
 }); 
 
 // 啟動線程 1 
 t1.start(); 
 // 啟動線程 2 
 t2.start(); 
 
 // 等待線程 1 執行完成 
 t1.join(); 
 // 等待線程 2 執行完成 
 t2.join(); 
 
 // 打印 count 變量 
 System.out.println(count.get()); 
 } 
 
} 

打印結果如預期

thread t2 count 加 10000 結束 
thread t1 count 加 10000 結束 
20000 

二、線程本地存儲

• java.lang.ThreadLocal 類用于線程本地化存儲。
• 線程本地化存儲，就是為每一個線程創建一個變量，只有本線程可以在該變量中查看和修改值。
• 典型的使用例子就是，spring 在處理數據庫事務問題的時候，就用了 ThreadLocal 為每個線程存儲了各自的數據庫連接 Connection。
• 使用 ThreadLocal 要注意，在不使用該變量的時候，一定要調用 remove() 方法移除變量，否則可能造成內存泄漏的問題。

示例

package constxiong.concurrency.a026; 
 
/** 
 * 測試 原子類 AtomicInteger 
 *  
 * @author ConstXiong 
 */ 
public class TestThreadLocal { 
 
 // 線程本地存儲變量 
 private static final ThreadLocal<Integer> THREAD_LOCAL_NUM = new ThreadLocal<Integer>() { 
 @Override 
 protected Integer initialValue() {//初始值 
 return 0; 
 } 
 }; 
 
 public static void main(String[] args) { 
 for (int i = 0; i <3; i++) {// 啟動三個線程 
 Thread t = new Thread() { 
 @Override 
 public void run() { 
 add10ByThreadLocal(); 
 } 
 }; 
 t.start(); 
 } 
 } 
 
 /** 
 * 線程本地存儲變量加 5 
 */ 
 private static void add10ByThreadLocal() { 
 try { 
 for (int i = 0; i <5; i++) { 
 Integer n = THREAD_LOCAL_NUM.get(); 
 n += 1; 
 THREAD_LOCAL_NUM.set(n); 
 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : ThreadLocal num=" + n); 
 } 
 } finally { 
 THREAD_LOCAL_NUM.remove();// 將變量移除 
 } 
 } 
} 

每個線程最后一個值都打印到了 5

Thread-0 : ThreadLocal num=1 
Thread-2 : ThreadLocal num=1 
Thread-1 : ThreadLocal num=1 
Thread-2 : ThreadLocal num=2 
Thread-0 : ThreadLocal num=2 
Thread-2 : ThreadLocal num=3 
Thread-0 : ThreadLocal num=3 
Thread-1 : ThreadLocal num=2 
Thread-0 : ThreadLocal num=4 
Thread-2 : ThreadLocal num=4 
Thread-0 : ThreadLocal num=5 
Thread-1 : ThreadLocal num=3 
Thread-2 : ThreadLocal num=5 
Thread-1 : ThreadLocal num=4 
Thread-1 : ThreadLocal num=5 

三、copy-on-write

根據英文名稱可以看出，需要寫時復制，體現的是一種延時策略。

Java 中的 copy-on-write 容器包括：CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet。

涉及到數組的全量復制，所以也比較耗內存，在寫少的情況下使用比較適合。

簡單的 CopyOnWriteArrayList 的示例，這里只是說明 CopyOnWriteArrayList 怎么用，并且是線程安全的。這個場景并不適合使用 CopyOnWriteArrayList，因為寫多讀少。

package constxiong.concurrency.a026; 
 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
import java.util.Random; 
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; 
 
/** 
 * 測試 copy-on-write 
 * @author ConstXiong 
 */ 
public class TestCopyOnWrite { 
 
 private static final Random R = new Random(); 
  
 private static CopyOnWriteArrayList<Integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(); 
// private static ArrayList<Integer> cowList = new ArrayList<Integer>(); 
  
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
 List<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>(); 
 //啟動 1000 個線程，向 cowList 添加 5 個隨機整數 
 for (int i = 0; i <1000; i++) { 
 Thread t = new Thread(() -> { 
 for (int j = 0; j <5; j++) { 
 //休眠 10 毫秒，讓線程同時向 cowList 添加整數，引出并發問題 
 try { 
 Thread.sleep(10); 
 } catch (InterruptedException e) { 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 cowList.add(R.nextInt(100)); 
 } 
 }) ; 
 t.start(); 
 threadList.add(t); 
 } 
  
 for (Thread t : threadList) { 
 t.join(); 
 } 
 System.out.println(cowList.size()); 
 } 
} 

打印結果

5000 

如果把

private static CopyOnWriteArrayList<Integer> cowList = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(); 

改為

private static ArrayList<Integer> cowList = new ArrayList<Integer>(); 

打印結果就是小于 5000 的整數了